二次型最优控制的半挂汽车列车主动侧倾控制算法研究

针对半挂汽车列车的侧倾稳定性问题,建立了八自由度的半挂汽车列车动力学模型,并以线性二次型调节器（linear quadratic regulator,LQR）为基础,提出了一种基于回路传输恢复技术（loop transfer recovery,LTR）的线性二次型高斯（linear quadratic guass,LQG）最优控制算法。设计了局部状态反馈控制器,实现某车速下的侧倾控制,并进行了该车速下阶跃转向工况的车辆仿真分析。仿真结果表明：LQG／LTR控制器具有良好的抑制干扰噪声的能力和较好的鲁棒性,有效提高了半挂汽车列车的侧倾稳定性。     

基于LMI方法的车辆侧倾运动安全主动悬架H2控制器设计

为提高车辆转向-侧倾运动工况的安全性,基于线性矩阵不等式(LMI)方法设计侧倾运动安全主动悬架H_2控制器,直接控制横向载荷转移率(LTR)。首先,建立车辆转向-侧倾运动动力学模型,选择LTR、侧倾角和侧倾角加速度构造车辆侧倾运动安全综合性能评价指标。其次,为避免现有LQG控制器设计方法无法处理综合性能指标中包含干扰项(前轮转向角)和控制加权矩阵为0导致控制向量无法求取的难题,基于LMI方法设计主动悬架H_2控制器。然后,结合层次分析法和归一法,以鱼钩工况为典型转向工况仿真获取车辆转向-侧倾运动统计数据,进而确定了H_2控制器的控制加权系数。最后,通过多工况数值仿真验证了侧倾运动安全主动悬架H_2控制器的工作效果。结果显示:与被动悬架相比,在鱼钩工况、蛇形穿桩和双移线工况下,该H_2控制器在不改变车辆转向运动状态的情况下使车辆侧倾运动安全综合性能评价指标分别降低39.05%、36.51%和42.31%,使LTR的均方根值分别降低15.87%、15.62%和14.86%。说明设计的主动悬架H_2控制器具有良好的车辆侧倾运动安全控制效果。     

汽车主动防侧倾系统建模与试验分析

为提高汽车行驶稳定性,建立了汽车主动防侧倾系统的动力学模型,通过在MATLAB/Simulink环境中建立汽车主动防侧倾稳定杆模型,设计了PID侧倾稳定控制器。在CarSim软件中建立了汽车动力学模型,实现了该汽车主动防侧倾系统的MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真。仿真结果表明：与传统横向稳定杆相比,汽车主动防侧倾系统能够明显减小车辆车身的倾角。最后通过实车试验对仿真结果进行了验证,试验结果表明了仿真结果的正确性,证明了汽车主动防侧倾系统能有效提高车辆行驶稳定性和安全性,改善乘坐舒适性。     

高地隙喷雾机侧倾稳定性动力学仿真与分析

针对高地隙喷雾机作业时易受到路面激励发生侧倾失稳问题,建立ADAMS喷雾机虚拟样机仿真模型,并基于谐波叠加法建立三维纵向斜坡随机路面模型.采用田口实验设计方法,以E、F等级纵向斜坡随机路面为噪声因子,选择喷雾机作业车速、药箱充液比和路面坡度为控制因子,设计了三因素三水平田口仿真实验方案,同时利用流体仿真软件Fluent探讨了药箱液体晃动对喷雾机作业稳定性的影响,拟合出变负载下冲击力函数束,并将冲击力函数加载到喷雾机虚拟样机,从联合仿真的角度分析了喷雾机侧倾动力学,对试验结果进行信噪比和均值的方差分析,得到了喷雾机在纵向斜坡、变负载作业时侧倾失稳试验条件,从而避免了危险工况下的实车试验,为驾驶员稳定性操作作业提供相关参考.     

电动车用电机式主动稳定杆多模式控制策略研究

电动车在行驶过程中,路面及车身等情况不断变化,为了兼顾车辆在不同行驶工况下的行驶平顺性及侧倾稳定性,针对电机式主动稳定杆系统提出了三种工作模式,控制器根据车身的状态信号选择合适的工作模式。基于MATLAB/Simulink,建立了14自由度整车模型和电机式主动稳定杆模型,在多种工况下进行了仿真分析。仿真结果表明：电机式主动稳定杆系统根据不同的外部条件或行驶工况选择合适的工作模式,能有效提高车辆的侧倾稳定性与行驶平顺性。     

基于滑模变结构理论的车辆主动横向稳定杆控制

为实现对车辆的侧倾控制,自主设计了主动横向稳定杆（AARB）装置。针对车辆在侧倾中存在的非线性、时变性特点,采用滑模变结构控制理论建立了滑模控制器从而实现对理想侧倾角的跟踪,并采用鱼钩与双移线转向工况进行了仿真试验。仿真结果表明,该主动横向稳定杆装置与传统被动横向稳定杆装置相比,能有效减小车辆的侧倾,同时具有良好反馈特性以,有利于驾驶员对车身姿态的判断,从而大大提高了车辆行驶的安全性与乘坐舒适性。     

基于零力矩点的车辆侧倾评价指标及侧倾控制研究

为了使车辆的行驶状态和稳定程度更为便捷的显现出来，以及对系统研发初期的效果进行评价，需要引入一个比较准确的评价指标，使其可以判断并量化车辆的侧倾稳定性，因此将零力矩点(Zero-moment point,ZMP)的概念引入到车辆的侧倾评价体系之中，通过对车辆侧倾模型以及刚性车辆模型零力矩点的推导，从而来预测车辆的侧倾倾向，并得出车辆的侧倾指数y_zmp，根据其侧倾指数y_zmp算出侧倾指标s；再通过与其他现有侧倾评价指标的对比与转换，从而证明该指标的准确性以及有效性。之后，再以某19座商用车为例，建立整车模型，并设计H_∞鲁棒控制的算法对半主动横向稳定杆的侧倾刚度进行实时调节，最后通过Trucksim和Simulink联合仿真来验证两种控制方法的有效性，同时，以侧倾指标来对比判断鲁棒控制算法的半主动横向稳定杆与被动横向稳定杆、模糊PID控制的半主动横向稳定杆对于侧倾运动的改善效果。根据仿真结果显示，半主动横向稳定杆相对于被动横向稳定杆来说，其在各个侧倾参数上都有明显的降低，并且相较于模糊PID控制的半主动横向稳定杆，H     

利用车辆状态估计的客车防侧翻控制

为提高客车侧翻稳定性,提出了一种基于车辆状态估计的客车主动防侧翻控制方法。针对客车行驶过程中直接计算侧翻指标LTR困难较大、准确度较低的问题,基于TruckSim整车模型和三自由度参考模型建立了无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）状态参数估计器。结合现有车辆稳定性控制系统,设计了柔性PID控制器,以差动制动的原理对防侧翻附加横摆力矩进行补偿。通过TruckSim/Simulink联合仿真平台对客车在鱼钩试验典型工况下进行了仿真试验,结果表明,设计的主动防侧翻控制系统在中、高车速时均能降低LTR值至阈值附近,有效提高了客车的侧翻稳定性。     

应用变刚度横向稳定杆的客车侧倾控制

针对空气悬架客车侧倾稳定性差的特点,建立了含横向稳定杆的车身侧倾数学模型,分析发现增加横向稳定杆角刚度能够有效减小车身侧倾,但同时会增加车身侧倾角振动。为解决这一问题提出了在空气悬架客车上应用变刚度横向稳定杆,并给出了前、后悬架变刚度横向稳定杆角刚度关系式。利用ADAMS/CAR软件建立某空气悬架客车刚柔混合整车动力学仿真模型,对模型进行了单移线和B级随机路面仿真分析,确定了变刚度横向稳定杆角刚度曲线。仿真结果表明,应用变刚度横向稳定杆,能够在几乎不影响侧倾角振动的前提下,有效控制车身侧倾。     

重型汽车侧倾稳定性影响因素分析研究

不同附着系数路面上车辆的侧倾稳定性不同,高附着系数路面车辆容易发生侧翻,低附着系数路面车辆容易发生侧滑,通过ADAMS软件仿真分析得到了影响侧倾稳定性的部分因素,指出如何改变这些因素来提高车辆的侧倾稳定性。     

Multi-objective stability control algorithm of heavy tractor semi-trailer based on differential braking

Rollover and jack-knifing of tractor semi-trailer are serious threats for vehicle safety,and accordingly active safety technologies have been widely used to reduce or prevent the occurrence of such accidents.However,currently tractor semi-trailer stability control is generally only a single hazardous condition (rollover or jack-knifing) control,it is difficult to ensure the vehicle comprehensive stability of various dangerous conditions.The main objective of this study is to introduce a multi-objective stability control algorithm which can improve the vehicle stability of a tractor semi-trailer by using differential braking.A vehicle controller is designed to minimize the likelihood of rollover and jack-knifing.First a linear vehicle model of tractor semi-trailer is constructed.Then an optimal yaw control for tractor using differential braking is applied to minimize the yaw rate and lateral acceleration deviation of tractor,as well as the hitch articulation angle of tractor semi-trailer,so as to improve the vehicle stability.Second a braking scheme and variable structure control with sliding mode control are introduced in order to achieve the best braking effect.Last Fishhook maneuver is introduced to the active safety simulation and the active control system effect verification.The simulation results show that multi-objective stability control algorithm of semi-trailer could improve the vehicle stability significantly during the transient maneuvers.The proposed multi-objective stability control algorithm is effective to prevent the vehicle rollover and jackknifing.     

Effect of parameters on roll dynamic response of an articulated vehicle carrying liquids

Directional response and roll stability characteristics of a partly filled tractor semi-trailer vehicle, with cylindrical tank, under different parameters and conditions are investigated. The effective parameters and conditions in the stability of a tractor semi-trailer carrying liquid can be considered as filled volume, kinematic viscosity of liquid cargo and vehicle steering input. The dynamic interaction of liquid cargo with the tractor semi-trailer vehicle is evaluated by integrating a dynamic slosh model of the partly filled tank with five-degrees-offreedom of a tractor semi-trailer tank model. The dynamic fluid slosh within the tank is modeled using three-dimensional Navier-Stokes equations, coupled with the volume-of-fluid equations and analyzed using FLUENT software. The coupled tank-vehicle model is subsequently analyzed to determine the roll stability characteristics for different conditions and maneuvers. The results show effects of parameter variations on roll stability of the vehicle carrying liquid and also fluid’s behavior in interaction with a vehicle’s dynamics.     

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。     

视觉导航智能车辆的路径跟踪预瞄控制

视觉导航智能车辆通过机器视觉获取导航路径信息并进行自动跟踪。常规的反馈控制仅利用当前的路径信息,在复杂条件或突发状况下难以有效工作。通过对在线获取的具体路径信息进行预瞄,可以对未来的路径信息加以利用,从而提高智能车辆行驶的安全性和有效性。为此,在获取的路径信息中确定当前路径和未来路径分别用于反馈和预瞄,并设计预瞄加反馈的控制器。该控制器能够自动根据预瞄路径的弯曲程度调整智能车辆的预瞄距离和行驶速度,从而提高跟踪精度和行驶稳定性。仿真和试验结果表明,该控制器与一般反馈式控制器相比跟踪误差较小,行驶更稳定。     

自适应神经模糊推理的四轮转向车辆转向控制研究

模糊规则的建立和隶属度函数的确定是设计模糊系统的难题。基于神经网络和模糊逻辑的自适应神经模糊推理系统,能够从仿真数据中自动提取出If-Then规则。并在Matlab/Simulink软件中,建立包含侧向运动、横摆运动、侧倾运动三个自由度的四轮转向车辆三自由度动力学模型。将得到的If-Then规则读取到模糊控制器中和三自由度车辆模型进行联合仿真。其中模糊控制器以方向盘转角、方向盘转角速度和车速作为输入,后轮转角作为输出。最后与前轮转向的车辆进行转向盘角阶跃仿真对比。仿真分析结果表明:基于自适应神经模糊推理系统建立的后轮转角模糊控制器能够实现理想的质心侧偏角和车辆横摆角速度响应,提高了车辆的操纵稳定性。     

半挂汽车列车横向稳定性的模糊控制

引入Gim轮胎模型建立了半挂汽车列车的非线性动力学模型。以牵引车横摆角速度为控制变量,提出了半挂汽车列车直接横摆力矩的模糊控制方案,基于模糊控制技术设计了模糊控制器。借助MATLAB／Simulink,以建立的非线性动力学模型为平台,对该控制器的有效性进行了验证。仿真结果表明,高速转角大转向时,直接横摆力矩的模糊控制器能保证半挂汽车列车的侧向稳定性。     

汽车主动悬架与电动助力转向的集成最优控制

建立整车悬架与电动助力转向集成动力学模型,并设计LQG最优控制器。通过在Matlab／Simulink环境下进行仿真运算,其结果表明,采用所提出的控制策略,不仅使汽车的侧倾角速度、悬架动挠度和轮胎动位移有所改善,而且使车辆的行驶平顺性、操纵稳定性有所提高。     

车辆主动悬架控制器的仿真设计

建立了基于1/4车辆动力学和单轮路面输入模型,应用最优控制理论进行车辆主动悬架的线性二次型最优(LQC)控制器的设计,并运用MATLAB/SIMULINK软件进行路面输入和1/4车辆仿真分析。仿真结果表明采用LQG控制方法的主动悬架可以较好地改善车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。     

微隧穿式陀螺仪检测模态的线性二次高斯控制

为了将微隧穿式陀螺仪(MTG)的隧尖与检测电极之间的隧道间隙及其变动量分别维持在1nm和0.1nm并降低系统噪声和扩大带宽,本文为其检测模态设计了线性二次高斯(LQG)闭环反馈系统。在利用微小量法对呈指数规律的隧道效应进行线性化的基础上,建立了MTG检测模态的线性化模型,并将哥氏加速度和电子隧道1/f噪声分别当作主要的过程噪声和输出噪声,设计了由最优状态估计器和线性二次(LQ)状态调节器组成的LQG控制器。搭建了仿真系统和实际的LQG控制电路并进行动态测试。仿真结果显示,LQG控制在将系统的信噪比提高24dB的同时,能够将两个隧道电极之间的间隙的变动量控制在10-4 nm。实验曲线表明,隧道电流噪声的峰峰值为0.4nA,LQG反馈控制系统在动态加速度信号的激励下可维持恒定隧道间隙为1nm。     

基于自适应DRNN的无刷直流电机控制方法研究

针对无刷直流电机速度控制存在高度非线性特性,提出了基于自适应DRNN（diagonal re-current neural network）的＂前馈＋反馈＂控制方法。反馈控制器以目标转速与实际转速的误差为输入量,采用PI控制来提高控制系统的稳定性。前馈控制器采用DRNN,以反馈控制器的输出作为性能误差进行自适应控制,以提高控制系统的瞬态响应性能。仿真和实验结果表明：该控制系统能较好地跟踪目标转速,在突变负载扰动下,能有效地改善相电流波形,降低电机电磁转矩脉动,而且该控制系统具有较强的鲁棒性。